交流接触器中分磁环的可靠性分析

交流接触器中分磁环的可靠性分析

摘要:本文利用Maxwell 3D软件和ePhysics分析软件对交流接触器的电磁机构的稳态特性进行分析。以CJ20-25型交流接触器的电磁机构为例,仿真分析了分磁环的最大应力,对分磁环进行了可靠性分析。

关键词:交流接触器分磁环ANSOFT 应力可靠性分析

可靠性技术是20世纪50年代发展起来的一门技术,它包括可靠性设计、可靠性制造、可靠性管理、可靠性试验及失效分析等内容。一个控制系统或电力系统的可靠性在很大程度取决于该系统中所用元件或设备的可靠性,如果元件或设备的可靠性不高,则系统的可靠性就很难得到保证。

在很多系统中,电磁电器占很大比例,而电磁电器的感测机构大都是电磁系统,电磁系统是各种电磁电器的重要组成部分,因而电磁系统的可靠性研究十分重要。

在交流接触器电磁机构中,因为分磁环受到洛仑兹力,会产生形变,如果分磁环的设计不合理,或者分磁环的材料不合理,会导致分磁环的松动或断裂,从而导致电磁机构所受到的最小电磁吸力不能满足要求,不能消除接触器的振动与噪声。

本文利用Ansoft公司开发的Maxwell 3D软件对交流接触器的电

磁机构的稳态特性进行分析与仿真,并用ePhysics软件对交流接触器电磁机构分磁环进行应力计算。基于应力－强度干涉模型对分磁环进行了可靠性分析。

1 交流接触器电磁机构分析模型

CJ20-25型交流接触器的双E型电磁机构的模型如图1所示。利用Maxwell 3D软件对其实体进行建模,几何模型包括:动铁心、静铁心、线圈、分磁环和求解区域。

对于已经建立好的交流电磁机构来说,我们设置求解区域为空气;输入B-H曲线定义静铁心和动铁心的材料;设置线圈和分磁环的材料为铜。建完几何模型后,为各实体赋予已定义好的材料属性,随后即可以进行网格剖分。本文对动静铁心、线圈进行的网格划分,是采用的手动网格剖分。定义上下铁心剖分的网格最大边长为5mm,线圈剖分的网格最大边长为4mm,分磁环剖分的最大边长为0.4mm。网格剖分的结果如图1所示。在本文中对模型施加系统默认的边界条件。

2 应力-强度干涉模型的基本原理

应力-强度分布干涉模型(Stress-Strength interference model)简称为干涉模型,可以清楚的揭示零件可靠性设计的本质,因此是零件可靠性设计的基本模型。

影响应力的随机量,有载荷情况、应力集中、工作温度、润滑状态等等。

金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。一般而言,产品或零件能够承受这种应力的程度,统称为产品或零件的强度,用X表示。按外力作用的性质不同,主要有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等,工程常用的是屈服强度和抗拉强度,这两个强度指标可以通过拉伸试验测出。

强度是指零件承受载荷后抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力。也就是说,强度是衡量零件本身承载能力(即抵抗失效能力)的重要指标。强度是机械零部件首先应满足的基本要求。机械零件的强度一般可以分为静强度、疲劳强度、断裂强度、冲击强度、高温和低温强度、在腐蚀条件下的强度和蠕变、胶合强度等项目。强度的试验研究是综合性的研究,主要是通过其应力状态来研究零部件的

受力状况以及预测破坏失效的条件和时机。

影响强度的随机量有零件材料性能、表面质量、尺寸效应、材料对缺口的敏感性等等。

由于强度X及应力Y本身是某些随机变量的函数,因而应力、强度均为具有一定分布的随机变量。

一般地,可将应力、强度看做服从正态分布。当应力、强度均服从正态分布时,其可靠度计算联结方程为:

4 分磁环可靠度的计算

进行分磁环疲劳强度可靠性分析时,应力-强度干涉问题即为相当工作应力-相当疲劳极限的干涉问题。因此,进行分析的主要问题是计算相当工作应力和相当疲劳极限。下面列出分磁环疲劳强度可靠性分析的步骤。

(1)分磁环的寿命N。

控制电器中,零件的机械寿命达到几百万次,甚至上千万次。所以对交流接触器分磁环,次,属于永久疲劳寿命。

5 结语

本文利用Maxwell 3D软件和ePhysics分析软件对交流接触器的电磁机构的稳态特性进行分析与仿真。以CJ20-25型交流接触器的电磁机构为例,仿真分析了分磁环的最大应力,对分磁环进行了可靠性分析。主要结论有以下几点。

(1)分磁环所受应力为交变循环应力,其最大应力为3470Pa,最小应力为312Pa,循环周期为7ms,为不对称循环,其变应力的循环特征为0.09。

(2)通过疲劳强度与静强度计算,得到疲劳强度小于静强度,由判别准则可得需进行屈服静强度的可靠性分析。

(3)对分磁环进行了屈服静强度可靠性分析,得出了分磁环的可靠度很高,近似为1。

参考文献

[1] 刘国强,赵凌志,蒋继娅．Ansoft工程电磁场有限元分析[M].

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[2] 牟致忠．可靠性设计[M]．北京:机械工业出版社,1993.

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